Perlakuan Batubara Cair dan Injektor dalam Proses Penginjeksian Bahan Bakar Batubara Cair pada Mesin diesel.
Rohman Thohir, I Made Ariana dan Indrajaya Gerianto
JurusanTeknikSistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim,Surabaya60111, E-mail:[email protected]
- Abstrak – batubara cair (liquid coal) merupakan salah satu bahan bakar alternative pengganti bahan bakar minyak, dalam penelitian ini metode pencairan batubara yang digunakan adalah metode CWM (Coal Water Mixture) yaitu pencampuran batubara dengan air dengan rasio 40% batubara dan 60% air, serta penambahan zat adiktif CMC (Carbon Mextyl Cellulose) dan ABS (Alkyl Benzene Sulfonic) masing –masing rasio 0,01%
dan 0,07%. Batubara yang digunakan adalah batubara tingkat rendah dan melalui proses upgrading. Pada penelitian ini batubara cair akan dilakukan pengujian injector, hal ini untuk mengetahui karakteristik penginjeksian yang akan dihasilkan.
Pada saat pengujian injector data diambil dengan metode visual, dengan cara pengambilan gambar dan video. Dari hasil pengujian dapat diketahui penginjeksian pada bahan bakar HSD(solar) dibandingkan dengan bahan bakar MDF memiliki pengabuta yang hampir sama.Namun ketika analisa visual pada kertas buram berbeda pada warnanya saja. Tetapi jika kedua bahan bakar ini dibandingkan dengan batubara cair,terlihat adanya perbedaan pada saat pengkabutannya. Pada bahan bakar batubara cair pengkabutannya cenderung melebar, dan ketika analisa visualnya sangat berbeda dari segi bentuk dan warnanya.
KataKunci:,batubara cair, uji injector, CWM (coal water mixture)
1. PENDAHULUAN
Akhir-akhir ini pemenuhan sumber energi dalam bentuk cair terutama minyak bumipada sektor transportasi dan industri di Indonesia merupakan sektor paling kritis dan perlu mendapat perhatian khusus. Dengan meningkatnya konsumsi minyak bumi dalam negeri, berarti impor dari luar negeri adalah hal yang tidak bisa ditunda lagi, jika tidak maka kekurangan pasukan tidak dapat dihindari. Pada saat ini kurang lebih 25% kebutuhan minyak bumi dalam negeri telah menjadi bagian yang di Impor yang artinya adalah pengurasan devisa negara. Oleh karena itu sudah saatnyadipikirkanuntuk dapat disubtitusi dengan bahan bakar alternatif lainnya.Alternatif-alternatif yang ada dapat berupa pemakaian batubara, gambut, biomassa dan lain-lain.Namun dari barbagai alternatif yang ada, batubara yang mempunyai jumlah cadangan cukup besar di Indonesia, merupakan yangterbaik.
Batubara, yang berasal dari sumber yang sama dengan minyak dan gas bumi berupa bahan organik yang tertimbun jutaan tahun, memiliki karakteristik yang hampir sama dengan minyak bumi.
Sebagai alternatif untuk menggantikan energi minyak bumi, saat ini telah dikembangkan teknologi pencairan batubara sebagai bahan bakar yang hampir setara dengan output minyak bumi.
Pengembangan produksi bahan bakar sintetis berbasis batu bara pertama kali dilakukan di Jerman tahun 1900-an dengan menggunakan proses sintesis Fischer-Tropsch yang dikembangkan Franz Fisher dan Hans Tropsch. Pada 1930. Sementara itu,
pengembangan pada proses injeksi batubara cair, masih sangat minim dilakukan, oleh karena itu perlu dilakukan pengujian pada proses injeksi batubara cair. Untuk mengetahui karakteristik penginjeksian batubara cair serta dampak dari proses injeksi tersebut. [1]
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengetahun batubara secara umum
Batubara terbuat dari tanaman yang telah tertimbun di dalam tanah dan terjaga pada tekanan yang tinggi dan pemanasan dalam jangka waktu yang lama, sekitar 250-300 juta tahun yang lalu.Tanaman tersebut mengandung selulosa yang tinggi. Setelah tanaman dan pepohonan tersebut tertimbun dalam jangka waktu tertentu di dalam tanah akan terjadi perubahan kimia yang merendahkan kadar oksigen dan hidrogen dari molekul selulosa tersebut [1].
2.2 Proses Upgraded Brown Coal (UBC)
Penurunan kadar air dalam batubara dapat dilakukan dengan cara mekanik atau perlakuan panas. Air bebas dapat dikurangi secara efektif dengan cara mekanik, sedangkan penurunan air bawaan harus dilakukan dengan cara pemanasan. Proses pemanasan batubara sampai temperatur tertentu menyebabkan terjadinya perubahan komposisi struktur batubara. Dengan memanaskan batubara, terjadi perubahan kimia karena menguapnya air bawaan, dekomposisi gugus karboksil, penyusutan gas-gas hidrogen dan oksigen kompleks serta aromatisasi. Komposisi dan sifat produk akhir akan bervariasi tergantung pada temperatur pemanasan. [2]
Selama proses pemanasan akan terjadi reaksi kimia yang menghasilkan produk gas atau cairan yang banyak berhubungan dengan sistem pori-pori batubara [3]. Kehilangan sejumlah massa bahan-bahan penyusun batubara melalui pori-pori, menyebabkan terjadi kekosongan pori-pori tersebut. Oleh sebab itu sifat fisik yang memegang peranan penting pada proses pemanasan adalah porositas. Porositas batubara tersebut menyangkut sistem pori-pori yang dimiliki. Porositas batubara dapat menyebabkan terjadinya difusi keluar uap air, metana dan zat lain yang mudah menguap dari batubara selama terjadi pemanasan. Dalam proses upgraded brown coal (UBC), batubara dicampur dengan kerosen dan aspal kemudian dipanaskan pada tekanan dan temperatur yang relatif rendah. Dengan kerosen dan aspal tersebut, maka pori-pori batubara yang terbuka akan diisi dan menutup permukaan batubara sehingga air yang telah keluar tidak akan terserap kembali. [4]
Gambar 1: Dasar Upgrading Batubara Peringkat Rendah
Gambar 2 : Diagram Blok Upgraded Brown Coal (UBC) Proses ini, adaptasi dari teknik penguapan slurry dari proses pencairan batubara, terdiri dari 2 tahap:
1. Penguapan slurry.
2. Solid-liquid separation.
Selama tahap penguapan slurry, setelah serbuk batubara peringkat rendah di campur dengan light petroleum oil(seperti kerosen), kemudian dicampur dengan heavy oil (seperti aspal), dan dipanaskan pada evaporator jenis shell and tube, kandungan air akan menguap. Uap akan dialirkan menuju sisi shell dari evaporator, dan ditekan dengan kompresor, untuk digunakan sebagai sumber panas. Pada tahap solid-liquid separation, setelah minyak dipisahkan dari slurry yang telah diuapkan menggunakan decanter, masih terdapat sisa-sisa minyak pada pori-pori batubara yang telah di upgrading maka di keringkan menggunakan tubular steam dryer.[5]
2.3 Teknologi Coal Water Mixture
Coal water mixture (CWM) pada dasarnya adalah bahan bakar campuran antara batubara dan air yang dengan bantuan zat aditif membentuk suspensi kental homogen dan stabil selama penyimpanan, pengangkutan, dan pembakaran. Teknologi pembuatan coal water mixture (CWM) sebenarnya cukup sederhana, yaitu dengan mencampurkan batubara dan air dalam perbandingan tertentu. [5]
Dalam Proses CWM yang perlu diperhatikan adalah diameter dari batubara, ukuran butir batubara yang digunakan memiliki distribusi ukuran yang lebih kecil dibanding dengan batubara untuk pembakaran serbuk, yaitu batubara ukuran hingga
40 – 50 mikrometer.Hal ini dilakukan untuk mendapatkan sifat alir yang baik dan untuk menghindari terjadinya penggumpalan terutama pada daerah nosel. Parameter berikutnya adalah penentuan konsentrasi batubara yang akan digunakan sebagai CWM. Hal yang menjadi batasan dari konsentrasi batubara adalah sifat kemampuan alir (fluidibility) CWM yang diukur dalam satuan viskositas. Semakin tinggi konsentrasi CWM, maka viskositasnya juga akan semakin besar yang berarti sifat alirnya akan semakin berkurang. Tetapi pada sisi lain, semakin kecil konsentrasi batubara dalam CWM maka nilai kalor CWM akan semakin kecil dan ini berarti energi panas yang dihasilkan akan semakin kecil. [5]
Gambar 3 : Proses Coal Water Mixture
Saat ini nilai konsentrasi batubara dalam CWM yang baik adalah sekitar 60%, pada nilai ini telah terbukti bahwa sifat alir CWM masih dalam batas yang baik. Selain sifat batubara di atas, sifat lain yang diperhatikan adalah membuat batubara stabil (terdispersi dengan baik) dalam CWM. Hal ini diperlukan karena sifat dasar batubara yang merupakan zat padat dan air yang merupakan zat cair adalah berbeda, sehingga jika dicampurkan batubara dan air maka batubara akan cenderung untuk mengendap terhadap air.
Untuk itu, diperlukan zat aditif agar batubara terdispersi di dalam air. Kestabilan ini dapat dijaga dengan cara mencampurkan zat aditif ke dalam campuran batubara dan air. [5]
2.4Pengujian Injektor.
Rancangan pengujian injector dapat dilihat dari beberapa langkah- langkah berikut ini :
- melakukan pengetesan awal injektor, dengan memasang injektor pada nozzle tester dengan longgar saja. Melakukan pembuangan udara yang ada pada saluran tester, dengan menggerakkan tuas sampai solar keluar pada sambungan pipa.
Gambar 4 :pengetesan awal injector
- Tutup kran saluran tekan ke manometer. Lakukan pengetesan bentuk penyemprotan dengan menggerakkan tuas dalam langkah penuh dengan kuat dan cepat.
Gambar 5 :pengetesan bentuk semprotan - Setelah itu baru memeriksa hasil/bentuk penginjeksian.
Gambar 6 :hasil/bentuk penginjeksian A,B, C =Bentuk jelek , D =Bentuk baik
3.
METODOLOGI PENELITIANDalam penelitian kali ini metode yang digunakan sebagai berikut :
- Melakukan eksperimen batubara cair, membuat sampel batubara cair. Dengan melalui proses upgrading, diameter batubara yang digunakan 38 µm. dilakukan berbagai perlakuan sebelum batubara cair masuk ke dalam injektor - Melakukan pengujian properties batubara cair,untuk
mengetahui viskositas batubara cair.
- Melakukan pengujian injector, untuk mengetahui karakteristik penginjeksian pada injector. Pengujian dilakukan pada temperature, dan tekanan yang sama, yakni pada temperature ruangan (28°C), dan pada tekanan 10 mPa (100 bar).
4.
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.2. Analisa Pengujian Properties Batubara Cair.Hasil yang telah didapat dari penelitian ini setelah dilakukan pengujian properties batubara cair dapat dilihat dari table dibawah ini.
Tabel 1 : table hasil pengujian batubara cair
Temperatur (0C)
Viskositas Dinamik
Viskositas kinematik
Cp Pa.s m2/s stoke
s cst
15 55 0.055 0.00004815 0.48 48.15 50 180 0.18 0.00016759 1.68 167.59
90 - - - - -
100 - - - - -
150 - - - - -
Pada table diatas dapat dilihat bagaimana pengaruh temperature dengan viskositas batubara cair. Pada temperature 15°C viskositas kinematic batubara cair sebesar 48,15 cst, sedangkan pada temperature 50°C viskositasnya sebesar 167,59 cst. Untuk temperature 90°C, 100°C,dan 150°C. Viskositas batubara cair tidak dapat diukur menggunakan viscometri.Hal tersebut dikarenakan ketika batubara cair mengalami pemanasan, air yang terkandung dalam batubara cair tersebut mengalami penguapan, oleh karena itu batubara cair mengendap / menggumpal pada suhu mulai temperature 90°C.
Pengendapan /penggumpalan batubara cair dapat disebabkan oleh beberapa factor sebagai berikut :
- Kesalahan pada waktu mixing - Pemilihan zat adiktif yang kurang tepat - Temperature pada saat mixing kurang tepat.
Gambar 7 : grafik perbandingan viskositas batubara cair dengan temperature.
Viskositas 2040
6080 100120 160140 180200
15 50
Viskositas (cst)
Temperatur (°C)
Viskositas
Secara teori untuk pengujian injector masih belum bisa dilaksanakan, karena properties batubara cair belum mendekati bahan bakar pembanding. Oleh karena itu perlu dilakukan pengujian lagi dengan perlakuan-perlakuan yang berbeda dari ekperimen yang sebelumnya.
4.3. Analisa Perlakuan Batubara Cair Sebelum Masuk ke Injector.
Dari hasil pengujian properties batubara cair yang telah diketahui, akan diberikan perlakuan pada saat mixing batubara cair,dan sebelum batubara cair masuk ke injector.
Pada perlakuan pertama, yang dilakukan adalah memodifikasi bentuk dari pengaduk atau mixer, bentuk yang semula berupa ulir, dimodifikasi dengan penambahan kassa aluminium pada bagian pengaduk, desain alat pengaduk yang telah dimodifikasi dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 8 : bentuk mixer yang telah dimodifikasi Penambahan kassa aluminium tersebut bertujuan agar pada saat proses mixing diharapkan batubara dapat bercampur secara utuh dengan air dan zat adiktif. Untuk waktu proses mixingnya dilakukan selama 2 jam, dengan perlakuan setiap 10 menit berhenti selama 5 menit, selama 2 jam. Selain itu pada saat mixing juga harus pada kondisi tertutup.
Gambar 9 : proses mixing dengan mixer yang telah dimodifikasi
Pada perlakuan kedua yakni sebelum batubara cair sebelum masuk ke injector, batubara cair sebelum dilakukan pengujian injector,batubara cair tersebut difilter/disaring dengan 2 tahap, penyaringan pertama menggunakan kassa aluminium, untuk penyaringan selanjutnya menggunakan kassa kain yang lebih halus.
Gambar 10: penyaringan menggunakan kassa aluminium
Gambar 11 : penyaringan menggunakan kassa kain
Gambar 12 : batubara cair hasil penyaringan menggunakan kassa kain
4.3. Analisa pengujian Injector.
Setelah melalui berbagai perlakuan , batubara cair diinjeksikan kedalam injector mesin diesel dengan menggunakan nozzle tester. Setelah dilakukan pengujian dengan nozzle tester, bentuk penginjeksian batubara cair dibandingkan dengan bahan
bakar lainnya, yakni HSD (solar) dan MDF.Berikut ini adalah table hasil pengujian injector masing-masing bahan bakar.
Tabel 2 : table hasil pengujian injector bahan bakar MDF
Tabel 3 : table hasil pengujian injector bahan bakar HSD (Solar)
Tabel 4 : table hasil pengujian injector bahan bakar Batubara Cair
Bahan bakar Gambar Keterangan
MDF
Pada gambar disamping hasil penginjeksian menggunakan bahan bakar solar terlihat memiliki sudut semprot yang ditandai dengan garis berwarna biru, serta hasil penginjeksian jika dilihatkan dengan media kertas buram dengan ketinggian 50 cm dari nozzle terlihat berbentuk sebuah lingkaran berwarna kehitaman.
Bahan bakar Gambar Keterangan
HSD (Solar)
Pada gambar disamping hasil penginjeksian menggunakan bahan bakar solar terlihat memiliki sudut semprot yang ditandai dengan garis berwarna biru, serta hasil penginjeksian jika dilihatkan dengan media kertas buram dengan ketinggian 50 cm dari nozzle terlihat berbentuk sebuah lingkaran tidak berwarna.
5.
KESIMPULAN& SARAN 5.1 kesimpulanBerdasarkan hasil analisa eksperimen dan hasil pengujian tersebut, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
- Batubara cair masih belum bisa diketahui viskositasnya pada temperature 90°C, 100°C,dan 150°C. dikarenakan pada temperature tersebut batubara cair mengalami pengendapan sehingga viskositas batubara cair semakin besar jika dipanaskan.
- Zat adiktif masih belum bisa bekerja dengan baik, karena pada saat pemanasan batubara cair, zat adiktif masih belum bisa mengikat secara utuh antara air dan batubara.
- Setelah dilakukan perlakuan-perlakuan tersebut viskositas batubara cair hampir menyerupai MDF (Marine Diesel Fuel).
- Jika karakteristik hasil penginjeksian pada bahan bakar HSD(solar) dibandingkan dengan bahan bakar MDF hampir sama dalam hal pengkabutannya, hanya saja
ketika analisa visual pada kertas buram berbeda pada warnanya saja. Tetapi jika kedua bahan bakar ini dibandingkan dengan batubara cair,terlihat perbedaan pada saat pengkabutannya, pada bahan bakar batubara cair pengkabutannya cenderung melebar, dan ketika analisa visualnya sangat berbeda dari segi bentuk dan warnanya.
- Dari hasil pengujian injector ini masih belum bisa dikatakan bahwa bahan bakar batubara cair bisa digunakan pada mesin diesel, perlu pengujian lebih lanjut.
5.2 Saran
Saran yang dapat diberikan dari analisa data yang telah dilakukan pada pengerjaan skripsi ini antara lain sebagai berikut:
1. Perlu adanya pengujian properties bahan bakar batubara cair setelah dilakukan beberapa treatment, untuk mengetahui karakteristik dari bahan bakar tersebut.
2. Perlu ditinjau ulang untuk pemilihan zat adiktif yang lebih baik lagi.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Zumdahl,1997,pengertian umum batubara, [available:repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/289 41/.../Chapter%20II.pdf]diunduh : januari 11,2012.
[2] Umar, D. F., Daulay, B., Suganal dan Rijwan, I., 2004, Pengujian Peningkatan Kualitas Batubara Peringkat Rendah Dengan proses UBC (Upgraded Brown Coal) Skala Pilot, Laporan Litbang tekMIRA No. 35.
[3] Syamsuddin, A. 1996. Studi Pengaruh Proses Carbontec Drying Terhadap Peningkatan Kualitas Batubara Peringkat Rendah.Tugas Sarjana Institut Teknologi Bandung.
[4] Tsai S. C. 1982. Fundamental of Coal Beneficiation and Utilization.Coal Science and Technology 2. Elsevier Publishing Company.
[5] Wahono, E.P., 2011. Studi Eksperimen Karakteristik Bahan Bakar Batubara Cair Sebagai Pengganti HFO Dengan Menggunakan Batubara Peringkat Rendah Melalui Proses Upgrading.
Bahan bakar Gambar Keterangan
Batubara Cair
Pada gambar disamping hasil penginjeksian menggunakan bahan bakar solar terlihat memiliki sudut semprot yang ditandai dengan garis berwarna biru, serta hasil penginjeksian jika dilihatkan dengan media kertas buram dengan ketinggian 50 cm dari nozzle terlihat tidak berbentuk dan sedikit berwarna kehitaman yang tidak merata.
